Le climat de l'Isère, principalement en fonction de la saison et du relief (plaines, vallées, montagnes) est très varié.
À l'extrémité ouest de la chaine alpine, à quelque centaines de kilomètres des façades atlantique et méditerranéenne, le département subit le flux atlantique et ses perturbations mais de façon un peu moins constante que beaucoup de régions françaises à cause de l'éloignement de l'océan et de "l'écran" du Massif Central vers l'ouest. Le département est d'autre part quelque peu "protégé" par le massif alpin des vents froids qui viennent de l'est ou du nord-est. À cause de tous ces facteurs et par sa latitude moyenne (45ème parallèle), l'Isère présente un climat tempéré contrasté, d'une saison à l'autre, mais aussi parfois d'un jour à l'autre, contrasté certes mais pas extrême, et malgré la vigueur du relief qui multiplie les conditions particulières, aucun record français, chaleur, froid, pluie, sécheresse ou vent n'y a été enregistré.
Du fait du relief et des grandes différences d'altitude, moins de 200 m en vallée du Rhone et près de 4 000 m dans le massif des Écrins, le climat est très contrasté dans l'espace, suivant l'altitude bien sur mais pas seulement, l'exposition joue un grand rôle. En illustration de ces contrastes, à 40 km de distance seulement on peut noter la différence de température annuelle entre Saint Martin d'Hères (212 m) et Villars de Lans (1 050 m), 4,6 °C, qui est à peu près la même que la différence de température annuelle entre Lille et Arles !
À cause des montagnes, les précipitations sont abondantes, même à basse altitude et vont de 840 mm par an en vallée du Rhône (Vienne) à 2 000 mm par an à Saint Pierre de Chartreuse. Les pluies sont apportées majoritairement par les perturbations atlantiques (en toutes saisons) et dans une moindre mesure par les dépressions méditerranéennes (surtout en automne). À Grenoble, les pluies sont réparties très uniformément selon les saisons avec une très légère dominance des pluies d'automne. Dans le nord-ouest du département ce sont plutôt les pluies de printemps et d'automne qui dominent avec relative sécheresse en été et plus encore en hiver. Dans le sud du département, la répartition est assez uniforme avec des précipitations d'automne et d'hiver qui sont prépondérantes et une relative sécheresse d'été.
L'enneigement est modeste à basse altitude, record de 47 cm en 1946 à Grenoble à 212 m, à peine plus que pour les villes françaises de plaine. Il devient vite fort dès que l'on gagne en altitude, surtout dans les Préalpes, avec un record de 310 cm en 1970 au col de Porte à 1 325 m.
Il n'y a qu'un seul point de mesure officiel de l'ensoleillement dans le département, l'aéroport de Saint Geoirs qui enregistre 2 050 heures de soleil annuel. Cependant, d'après les cartes émises par Meteo France et d'après les relevés de la station de Lyon, on peut estimer que l'ensoleillement annuel moyen va croissant du nord au sud de l'Isère, il passerait de 1 950 heures environ à proximité des plaines lyonnaises à environ 2 300 heures en Trièves.
À cause de son relatif éloignement des façades maritimes, même en plaine les hivers isérois sont plutôt froids par rapport à ceux du reste de la France. Cependant, à basse altitude, ils sont plutôt courts et sans excès comparativement aux hivers des départements du nord-est par exemple. Avec l'altitude, la durée du froid s'allonge bien sur et la température s'abaisse mais surtout la neige et le vent s'intensifient. Les températures moyennes en janvier à Grenoble varient entre -1,3 °C le matin et 6,2 °C l'après-midi (valeurs calculées pendant la période 1971-2000). Les 10 premiers jours de janvier sont les plus froids (les températures moyennes varient de -1,9 °C à 5,4 °C). Les précipitations moyennes en hiver sont de 244,6 mm à Grenoble, soit 24 % des précipitations moyennes annuelles. En hiver, la moitié sud-est du département, surtout les reliefs, est plus ensoleillée que le nord-Isère souvent soumis aux brouillards.
Assez précoce dans les vallées abritées, le printemps est plus long à s'installer en altitude. En avril, la température moyenne à Grenoble varie entre 5,3 °C le matin et 16,9 °C l'après midi. En montagne, les orages de convection commencent le plus souvent à sévir en mai. Les précipitations printanières sont de 240,9 mm à Grenoble, soit 24 % des précipitations moyennes annuelles.
Du fait de l'éloignement de l'océan et de sa situation dans la moitié sud de la France, à basse altitude l'Isère a des étés bien marqués, les épisodes chauds et ensoleillés alternent avec des irruptions d'air atlantique qui se traduisent par des orages rafraichissants. Dans les massifs, les étés fraichissent assez rapidement avec l'altitude et l'ensoleillement diminue du fait des fréquents cumulus l'après-midi devenant souvent orageux en soirée. Le mois le plus chaud à Grenoble est le mois de juillet (températures moyennes de 14,8 °C à 27,9 °C). Les précipitations estivales sont de 236,7 mm à Grenoble, soit 24% des précipitations moyennes annuelles.
Bien que l'automne en Isère soit assez pluvieux, septembre et octobre sont les mois les plus propices à la balade en montagne, avec la température qui reste longtemps clémente au cours des belles journées ensoleillées et les orages de fin de journée qui disparaissent. La température moyenne à Grenoble en octobre varie de 7,5 °C le matin à 17,4 °C l'après-midi. Les précipitations automnales sont de 281 mm à Grenoble, soit 28% des précipitations annuelles.